KR102669739B1 - 건물의 벽면을 스프레이하는 시스템 및 방법 - Google Patents

건물의 벽면을 스프레이하는 시스템 및 방법 Download PDF

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엘리드 테크놀로지 인터네셔널 피티이 엘티디
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Abstract

본 발명은 건물의 벽을 스프레이하는 자동화 시스템을 제공한다. 상기 자동화 시스템은 캐리어; 상기 캐리어 상에 장착되는 로봇 기구- 상기 로봇 기구는 스프레이 노즐을 지지하도록 조정되는 엔드 이펙터를 더 가짐 -; 상기 벽의 프로파일 및 구조적 특성을 스캔하도록 구성되는 시각 모니터링 시스템; 상기 시각 모니터링 시스템 및 상기 로봇 기구와 통신하여 배치되는 컴퓨팅 장치- 상기 컴퓨팅 장치는 상기 시각 모니터링 시스템으로부터 상기 벽의 상기 스캔되는 구조적 특성 및 프로파일을 수신하도록 구성됨 -; 및 상기 컴퓨팅 장치에 통신 가능하게 결합되는 컨트롤러- 상기 컨트롤러는 상기 벽의 상기 스캔되는 구조적 특성 및 프로파일에 따라 상기 스프레이 노즐, 및 상기 로봇 기구의 각각의 작동을 독립적으로 제어하도록 구성됨 -을 포함한다.

Description

건물의 벽면을 스프레이하는 시스템 및 방법{SYSTEM FOR SPRAYING A WALL SURFACE OF A BUILDING AND METHOD THEREFOR}
본 발명은 로봇-작동식 페인팅 및 크리닝 시스템(robotically-operated painting and cleaning system)에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 페인팅 및/또는 크리닝의 목적으로 건물의 벽면을 스프레이하기 위해 사용될 수 있는 로봇-작동식 스프레이 시스템(로봇-작동식 스프레이 시스템)에 관한 것이다.
건물의 벽을 페인팅 및 크리닝하기 위해 건물의 꼭대기로부터 케이블에 의해 매달린 이동 가능한 캐리어(moveable carriers suspended by cables from atop a building)를 사용하는 것은 당 업계에 잘 알려져 있다. 어떤 경우에는, 이 이동 가능한 캐리어는 건물의 벽을 수동으로 페인팅하기 위해 설치하는 페인터 및/또는 크리너를 수용할 수 있을 만큼 큰 크기(sized large enough to accommodate painters and/or cleaner)일 수도 있다. 이러한 대형(such large-sized) 캐리어의 사용으로, 캐리어를 지지하기 위해 필요한 구조물(structures)은 풍력(wind forces)의 바람직하지 못한 영향(undesired effect) 하에서 캐리어가 흔들리는 경향을 최소화하는 것 이외에 작동중인 캐리어의 중량을 견딜 정도로 충분히 견고할 필요가 있다. 이러한 대형 캐리어를 매달기 위한 견고한 기구(sturdy mechanism for suspending)의 예는 미국 특허 제3,347,339호(U.S. Patent 3,347,339)에 개시된다.
그럼에도 불구하고, 최근에, 페인팅 및 클리닝 작동을 수행할 수 있는 자동화되는 로봇 기구의 구현으로(with implementation of automated robotic mechanisms that are capable of performing the painting and cleaning operations) 이 이동 가능한 캐리어의 크기가 감소되었다. 그러나, 이러한 자동화되는 로봇 기구를 통합함으로써(with incorporation of such automated robotic mechanisms), 최적 또는 효율적인 방식으로 그리고 시너지 효과를 발휘하여 벽면의 스팬을 가로지르도록 배치되는 자동화되는 로봇 기구 및 캐리어의 이동을 할 수 있게 하는 강화되는 구조 및 성능 능력을 이동 가능한 캐리어에 부가적으로 제공하는 것이 신중(prudent to additionally render these moveable carriers with enhanced structural and performance capabilities that would facilitate movement of the carriers and the automated robotic mechanisms disposed within to traverse the span of the wall surfaces in an optimal or efficient manner and carry out the operations synergistically)할 뿐이다.
따라서, 비교적 신속하고 용이한 방식으로 건물의 벽면에 스프레이 페인팅 또는 크리닝을 효율적으로 수행하도록 설계되는 간단하고 콤팩트한 로봇-작동식 페인팅 시스템(a simple and compact robotically-operated painting system that is designed to efficiently perform spray painting or cleaing over walls surface of a building in a fairly quick and easy manner)이 필요하다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 건물의 벽을 스프레이하는 자동화 시스템(an automated system for spraying an wall of a building)이 제공되며, 상기 시스템은 캐리어(carrier); 상기 캐리어 상에 장착되는 로봇 기구(robotic mechanism mounted on the carrier)- 상기 로봇 기구는 스프레이 노즐을 지지하도록 조정되는 엔드 이펙터를 더 가짐(the robotic mechanism further having an end effector adapted to support a spray nozzle thereon) -, 상기 벽의 프로파일 및 구조적 특성을 스캔하도록 구성되는 시각 모니터링 시스템(a visual monitoring system configured to scan structural characteristics and profiles of the wall), 상기 시각 모니터링 시스템 및 상기 로봇 기구와 통신하여 배치되는 컴퓨팅 장치(a computing device disposed in communication with the visual monitoring system and the robotic mechanism)- 상기 컴퓨팅 장치는 상기 시각 모니터링 시스템으로부터 상기 벽의 상기 스캔되는 구조적 특성 및 프로파일을 수신하도록 구성됨(the computing device is configured to receive the scanned structural characteristics and profile of the wall from the visual monitoring system) -; 및 상기 컴퓨팅 장치에 통신 가능하게 결합되는 컨트롤러(a controller communicably coupled to the computing device)- 상기 컨트롤러는 상기 벽의 상기 스캔되는 구조적 특성 및 프로파일에 따라 상기 스프레이 노즐, 및 상기 로봇 기구의 각각의 작동을 독립적으로 제어하도록 구성됨(the controller configured to independently control operation of respective ones of the robotic mechanism, and the spray nozzle according to the scanned structural characteristics and profiles of the wall) -을 포함한다.
일 실시 예에서, 상기 캐리어는 공중 작업 플랫폼이다(the carrier is a aerial work platform).
일 측면에서, 상기 캐리어는 붐 리프트를 포함한다(the carrier comprises a boom lift).
일 실시 예에서, 상기 시스템은 상기 캐리어 상에 위치되고 상기 건물의 상기 높이에 대해 수평으로 배치되는 선형 트랙을 더 포함할 수 있고, 상기 로봇 기구는 상기 선형 트랙 상에 미끄러질 수 있게 장착된다(the system may further comprise a linear track located on the carrier and disposed hozizontally with respect to the heigh of the building, wherein the robotic mechanism is slidably mounted on the linear track).
다른 실시 예에서, 상기 시스템은 상기 캐리어 상에 배치되는 투 웨이 트랙을 포함할 수 있고, 상기 로봇 기구는 위에 미끄러질 수 있게 장착되고, 상기 투 웨이 트랙은 적어도 2 개의 축 이동- 상기 로봇 기구가 상기 2 개의 축 이동을 통해 미끄러지도록 함 -을 포함한다(the system may comprises a two ways tracks disposed on the carrier, wherein the robotic mechanism is slidably mounted thereon, the two ways tracks comprises at least two axes movements allowing the robotic mechanism to slide over the two axes movements).
다른 측면에서, 상기 캐리어는 시소 리프트를 포함한다(the carrier comprises a sciccor lift).
일 실시 예에서, 상기 시스템은 상기 캐리어 상에 위치되고 상기 건물의 상기 높이에 대해 수평으로 배치되는 선형 트랙을 포함할 수 있고, 상기 로봇 기구는 상기 선형 트랙 상에 미끄러질 수 있게 장착된다(the system may comprise a linear track located on the carrier and disposed hozizontally with respect to the heigh of the building, wherein the robotic mechanism is slidably mounted on the linear track).
또 다른 실시 예에서, 상기 시스템은 상기 캐리어 상에 배치되는 투 웨이 트랙을 포함할 수 있고, 상기 로봇 기구는 위에 미끄러질 수 있게 장착되고, 상기 투 웨이 트랙은 적어도 2 개의 축 이동- 상기 로봇 기구가 상기 2 개의 축 이동을 통해 미끄러지도록 함 -을 포함한다(the system may comprising a two ways tracks disposed on the carrier, wherein the robotic mechanism is slidably mounted thereon, the two ways tracks comprises at least two axes movements allowing the robotic mechanism to slide over the two axes movements).
또 다른 측면에서, 상기 자동화 시스템은 건물 상에 장착되는 곤돌라 캐리어를 포함하고, 상기 곤돌라는 각각의 선형 액추에이터의 프리 엔드에 위치되고 상기 건물의 상기 벽에 대치하는 관계로 배치되는 석션 컵을 적어도 포함하고, 상기 석션 컵은 상기 곤돌라 캐리어를 위치시키도록 상기 건물의 상기 벽과 선택적으로 부착되도록 구성된다(the automoated system comrpises a gondola carrier mounted on a building, wherein the gondola carrier comprises at least suction cups located at a free end of each linear actuator and disposed in an opposing relation to the wall of the building, wherein the suction cups are configured to selectively adhere with the wall of the building for positioning the gondola carrier).
일 실시 예에서, 상기 시스템은 상기 캐리어 아래에 배치되고, 커넥팅 바를 통해 상기 캐리어에 이동 가능하게 연결하는 스태빌라이저 플랫폼, 및 상기 커넥팅 바를 따라 상기 캐리어에 연관되는 상기 스태빌라이저 플랫폼을 작동 가능하게 위치시키도록 조정되는 드라이브 시스템; 및 상기 스태빌라이저 플랫폼 상에 설치되는 2차 석션 기구를 더 포함할 수 있고, 상기 2차 석션 기구는 상기 건물의 상기 벽에 부착되도록 각각 제어된다. 선택적으로 상기 스태빌라이저 플랫폼이 상기 캐리어에 연관되어 이동할 경우, 상기 석션 컵 또는 상기 2차 석션 기구 중 적어도 어느 하나는 상기 건물의 상기 벽에 부착된다(the system may further comprises a stabilizer platform disposed below the carrier, and moveably connecting to the carrier through a connecting bar, and a drive system adapted to operatively position the stabilizer platform relative to the carrier along the connecting bar; and a secondary suction mechanism installed on the stabilizer platform, wherein the secondary suction mechanism is separately controlled to adheres to the wall of the building. Operationally when the stabilizer platform is moving in relation to the carrier, at least either one of the suction cups or the secondary suction mechanism is adhered to the wall of the building.).
다른 실시 예에서, 상기 시스템은 상기 캐리어 상에 위치되고 상기 건물의 상기 높이에 대해 수평으로 배치되는 선형 트랙을 더 포함하고, 상기 로봇 기구는 상기 선형 트랙 상에 미끄러질 수 있게 장착된다(the system further comprises a linear track located on the carrier and disposed hozizontally with respect to the heigh of the building, wherein the robotic mechanism is slidably mounted on the linear track).
또 다른 실시 예에서, 상기 시스템은 상기 캐리어 상에 배치되는 투 웨이 트랙을 포함할 수 있고, 상기 로봇 기구는 위에 미끄러질 수 있게 장착되고, 상기 투 웨이 트랙은 적어도 2 개의 축 이동- 상기 로봇 기구가 상기 2 개의 축 이동을 통해 미끄러지도록 함 -을 포함한다(the system may comprise a two ways tracks disposed on the carrier, wherein the robotic mechanism is slidably mounted thereon, the two ways tracks comprises at least two axes movements allowing the robotic mechanism to slide over the two axes movements).
본 개시의 다른 특징 및 측면은 하기의 설명 및 첨부 도면으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른, 건물의 벽을 페인트하는 시스템의 사시도(perspective view)이고;
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른, 도 1의 시스템의 구성 요소의 도식 표현(schematic representation) 이고;
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른, 도 1의 시스템과 연관되는 컴퓨팅 장치의 다양한 모듈의 도식 표현이고;
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 곤돌라 캐리어에 장착되는 시스템의 사시도이고
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 시저 리프트(scissor lift)에 장착되는 시스템의 사시도이고;
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 붐 리프트에 장착되는 시스템의 사시도이고; 및
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 로봇 기구를 미끄러질 수 있게 장착하도록 조정되는 2 트랙 시스템의 사시도이다.
가능한 경우, 동일 참조 부호는 동일 또는 유사한 부분을 지칭하기 위해 도면 전체에 걸쳐 사용될 것이다. 또한, 본원에 기술되는 다양한 요소에 대한 언급은 동일한 유형의 둘 이상의 요소가 있을 수 있을 때 집합적으로 또는 개별적으로 이루어진다. 그러나, 이러한 참고 문헌은 본질적으로 단지 예시적인 것이다. 단수의 요소에 대한 임의의 참조는 첨부되는 청구 범위 내에서 명시적으로 진술되지 않는 한 그러한 요소의 정확한 수 또는 유형으로 본 발명의 범위를 제한하지 않고 복수 및 그 역에 연관되어 해석될 수 있음을 알 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따라 건물(200)의 벽(202)을 스프레이하는 시스템(100)을 도시한다. 시스템(100)은 건물(200)의 상부(upper portion)(204) 상에 배치되는 한 쌍의 레일(a pair of rails)(102, 104)을 포함한다. 레일 중 제1 레일(102)은 위에 적어도 하나의 프레임 부(frame member)(106)의 이동을 미끄러질 수 있게 지지하도록 구성된다. 일 예에서, 2 개의 프레임 부(106)가 도 1의 도시되는 실시 예에 도시된다. 그러나, 본 명세서와 일치하는 기능을 수행하기 위해 필요한 프레임 부의 구조적 무결성을 포함하지만, 이에 한정되지 않는, 애플리케이션의 특정 요구 사항에 따라 더 적은 또는 더 많은 프레임 부(106)가 구현될 수 있음을 알 수 있다.
의심의 여지를 피하기 위해, 시스템(100)은 벽면을 크리닝하기 위해 페인트 및/또는 깨끗한 물을 스프레이하기 위해 사용될 수 있는 스프레이 수단을 조정(adapts a spraying mean, which can be used for spraying paints and/or clean water for cleaning wall surface)한다.
프레임 부(frame member)(106)는 레일 중 제1 레일(the first one of the rails)(102)의 길이(length)(L)를 따라 프레임 부(106)의 측 방향 이동(lateral movement)을 용이하게 하기 위해 제1 모터(primary motor)(108)를 가진다. 시스템(100)은 또한 프레임 부(106)와 연관되는 풀리(114) 상에 지지되는 케이블(112)에 의해 프레임 부(106)에 매달린다(suspended from). 도 1에 도시되는 바와 같이, 각 프레임 부(106)는 레일 중 제2 레일(a second one of the rails)(104)과 인게이지되는 프리 엔드(free end)(116)를 포함한다. 각 프레임 부(106)의 프리 엔드(116)는 캐리어(110)의 무게의 균형을 잡아 주는(counterbalance a weight) 미리-결정되는 무게(pre-determined weight)(118)와 연관된다. 또한, 시스템(100)은 캐리어(110)를 지면(ground surface)(122)에 연결시키는 토우 라인(tow line)(120)을 더 포함한다. 토우 라인(120)은 벽(202)에 연관되는 캐리어(110)의 위치를 안정화시키도록(stabilize a position) 구성된다.
일 실시 예에서, 캐리어(110)는 곤돌라 캐리어 일 수 있다.
도 1에 도시되는 또 다른 실시 예에서, 도 1에 도시되는 바와 같이, 시스템(100)은 캐리어(110) 상에 배치되고 벽(202)에 대치하는 관계로 위치되는 적어도 하나의 휠(124)을 추가로 포함한다. 휠(124)은 캐리어가 벽(202)에 의해 움직이는 경우에 도움을 주도록 구성된다.
일 실시예에서, 캐리어(110)는 곤돌라 캐리어일 수 있다.
도 1에 도시된 바 추가 실시예에서, 시스템(100)은 캐리어(110) 상에 배치되고 벽(202)에 대치하는 관계로 위치되는(located in an opposing relation) 적어도 하나의 휠(wheel)(124)을 추가로 포함한다. 휠 (124)은 캐리어가 벽(202)에 의해 움직이는(maneuvering) 경우 도움을 주도록(assit) 구성된다.
캐리어 (110)는 제2 모터(secondary motor)(126), 시각 모니터링 시스템(128), 로봇 기구(130), 컴퓨팅 장치(132), 및 컨트롤러(controller)(134)를 안에 수용하도록 조정된다. 제2 모터(126)는 벽(202)의 높이(height)(H)에 평행한(parallel) 방향(direction)(D)으로 캐리어(110)의 이동을 용이하게 하도록 케이블(112)과 인게이지된다(engaged).
시각 모니터링 시스템(128)은 디지털 이미징 기술(digital imaging techniques)을 통해 벽(202)의 구조적 특성 및 프로파일을 스캔하도록 구성된다. 일 실시 예에서, 시각 모니터링 시스템(128)은 3-차원 카메라(3-dimensional camera)를 포함할 수 있다. 다른 실시 예에서, 시각 모니터링 시스템(128)은 3-차원 레이저 스캐너(3-dimensional laser scanner)를 포함할 수 있다.
로봇 기구(robotic mechanism)(130)는 위에 스프레이 노즐(spray nozzle)(138)을 지지하도록 조정되는 엔드 이펙터(end effector)(136)를 가진다. 이 개시의 실시 예에서, 로봇 기구(130)는 건물(200)의 벽(202)을 스프레이시 스프레이 노즐(138)을 용이하게 하는 이동에서 6 자유도(six degrees of freedom in movement)를 가진다.
도 2는 도 1의 시스템(100)의 구성 요소의 도식 표현이다. 도 2에 도시되는 바와 같이, 컴퓨팅 장치(132)는 시각 모니터링 시스템(128), 제1 모터(108), 제2 모터(126), 로봇 기구(130), 및 스프레이 노즐(138)과 통신하여 배치된다(disposed in communication with). 컴퓨팅 장치(132)는 시각 모니터링 시스템(128)에서 벽(202)의 스캔되는 구조적 특성을 수신하도록 구성된다. 컨트롤러(134)는 컴퓨팅 장치(132)에 통신 가능하게 연결되고, 벽(202)의 감지되는(sensed) 구조적 특성 및 프로파일에 따라 제1 모터(108), 제2 모터(126), 로봇 기구(130), 및 스프레이 노즐(138) 중 각각의 작동을 독립적으로 제어하도록 구성된다.
도 1에 도시되는 바와 같은 추가의 실시 예에서, 시스템(100)은 또한 다중 선형 액추에이터(multiple linear actuators)(140)를 포함한다. 선형 액추에이터(140) 각각은 캐리어(110)와 미끄러질 수 있게 인게이지된다. 시스템(100)은 또한 각 선형 액추에이터(140)의 프리 엔드(144)에 위치되고 건물(200)의 벽(202)에 대치하는 관계로 배치되는 석션 컵(suction cup)(142)을 포함한다. 석션 컵(142)은 캐리어(110)를 위치시키기 위해 건물(200)의 벽(202)과 선택적으로 부착하도록 구성된다.
일 실시 예에서, 벽(202)의 감지되는 구조적 특성 중 적어도 하나는 각 석션 컵(142)과 벽(202) 사이의 거리(distance)를 포함한다. 도 2에 도시되는 바와 같이, 시스템(100)은 도 1에 도시되는 선형 액추에이터(140) 각각과 연관되는, 양측 상의(on two sides) 캐리어 상에 배치되는, 초음파 센서(ultrasonic sensors)(146)를 더 포함한다. 초음파 센서(146) 각각은 벽(202)에 관련되어 연관되는 석션 컵(142)의 거리를, 컴퓨팅 장치(132)- 컨트롤러(134)에 이러한 출력을 차례로 제공함 -에 출력하도록 구성된다. 따라서, 컨트롤러(134)는 석션 컵(142) 각각이 건물(200)의 벽(202)에 부착할 때까지 복수의 선형 액추에이터(140) 각각의 이동을 선택적이고 독립적으로 작동시키도록(selectively and independently actuate movement) 구성된다.
시스템(100)이 스프레이 페인팅에 대해 조정되는 경우, 일 실시 예에서, 페인트 컨테이너(paint container)(148)가 캐리어(110) 내에 배치된다. 또한, 도 2에 도시되는 바와 같이, 시스템(100)은 페인트 컨테이너(148) 및 컴퓨팅 장치(132)와 통신하여 배치되는 센서(sensor)(150)를 포함한다. 센서(150)는 페인트 컨테이너(148) 내의 페인트 잔량의 레벨(level of paint remnant)을 컴퓨팅 장치(132)로 출력하도록 구성된다.
시스템(100)이 고속 워터 제트(high speed water jet)를 통한 스프레이 크리닝에 대해 조정되는 경우, 스프레이 노즐은 워터 호스(water hose)를 통해 워터 소스(water source)에 직접 연결될 수 있다. 당업자는 시스템이 크리닝 목적을 위해 더 강한 펌프 및/또는 노즐(stronger pump and/or nozzle)을 필요로 할 수 있음을 이해할 수 있다. 캐리어는 또한 크리닝 프로세스(cleaning process)를 돕기 위해 액체 세제(liquid detergent)를 적재(loading)하는 컨테이너(container)를 포함할 수 있다.
부가적으로 또는 선택적으로, 도 1을 참조하면, 시스템(100)은 도 1의 도시되는 실시 예에 도시되는 바와 같이 스프레이 노즐(138) 주위에 배치되는 후드(hood)(152)를 더 포함한다. 후드(152)는 벽(202) 상에 스프레이되는 것에서 빠져나가는(escapes from) 스프레이되는 액체를 수용(contain)하도록 구성된다.
추가의 실시 예에서, 후드는 스프레이되는 액체의 연기 및 과잉 스프레이를 격리하도록 돕는 스프레이하는 팁(tip)의 프론트 엔드(front end) 상에 배치되는 임의의 오버 헤드 커버 수단(overhead covering means)일 수 있다. 당업자에게는 후드에 적용 가능한 여러 형태의 기하학적 구조(many forms of geomatry)가 존재할 수 있음이 잘 이해된다. 또한 추가 실시 예에서, 후드는 반 도어(barn doors)로 조정될 수 있다.
다른 실시 예에서, 컴퓨팅 장치(132)는 도 2에 도시되는 원격 컨트롤러(158)의 도움으로 원격 제어될 수 있다. 원격 컨트롤러(158)의 사용으로, 시스템(100)의 개별 구성 요소에 대해 연관되는 임의의 기능(any function pertaining to individual components)이 원격 컨트롤러(158)를 통해 원격으로 위치되는 오퍼레이터에 의해 무선으로 제어(controlled wirelessly by a remotely located operator)될 수 있는 것으로 구상된다. 따라서, 본원의 시스템(100) 이 초음파 센서(ultrasonic sensors)(146), 페인트 레벨 센서(paint level sensor)(150), 및 시각 모니터링 카메라(visual monitoring camera)로부터의 데이터의 도움으로 자율적으로 작동(operate autonomously with the help of data)하도록 구성되지만, 본원의 실시 예는 또한 시스템(100)의 오퍼레이터가 임의의 작동을 원격으로 오버라이드(remotely override any operations)하도록 하고 원격 컨트롤러(158)의 도움으로 컴퓨팅 장치(132)에 대체 명령을 제공(provide alternative commands)하여 컴퓨팅 장치(132)가 오퍼레이터에 의해 제공되는 대체 명령에 따라 시스템(100)의 하나 이상의 구성 요소를 적절히 제어할 수 있는 것을 알 수 있다..
도 3을 참조하여 본원에 미리 도시되는 바와 같이, 컴퓨팅 장치(132)는 각각의 컨트롤러(134), 제1 모터(108), 제2 모터(126), 경사계 장치(inclinometer device)(162), 시각 모니터링 시스템(128), 초음파 센서(146) 각각의 선형 액추에이터(140), 밸브 기구(valve mechanism)(154)- 스프레이 노즐(138)과 연관되는 것으로서 도 1에 도시됨 -, 및 로봇 기구(130)에 통신할 수 있게 결합(communicably coupled)된다.
또한, 도 3에 도시되는 바와 같이, 컴퓨팅 장치(132)는 캐리어 위치 모듈(carrier positioning module)(302), 스프레이 모듈(spraying module)(304), 비전 모듈(vision module)(306), 모션 모듈(motion module)(308), 및 그래픽 사용자 인터페이스(graphical user interface)(GUI) 모듈(310)을 포함하도록 구성되는 로봇-작동식 소프트웨어(robotically-operated software)(ROS) 으로 개발된다(developed on). 또한, ROS 플랫폼이 상주(the ROS platform resides)하는 컴퓨팅 장치(132)는 각각의 캐리어 위치 모듈(302), 스프레이 모듈(304), 비전 모듈(306), 모션 모듈 (308), 및 GUI 모듈(310)과 통신하여 배치되는 프로그램 매니저 모듈(program manager module)(312)을 포함하도록 구성될 수 있다.
이와 같이, 캐리어 위치 모듈(302)은 컨트롤러(134), 제1 모터(108), 제2 모터(126), 및 각각의 선형 액추에이터(140)와 통신하여 배치될 수 있음을 이해할 수 있다. 캐리어 위치 모듈(302)은 제1 모터(108), 제2 모터(126) 중 하나 이상, 및 각각의 선형 액추에이터(140)의 작동과 연관되는, 본원에 개시되는 하나 이상의 센서- 예를 들어, 경사계 장치(162), 초음파 센서(ultrasonic sensors)(146) 등 -와 통신하여 배치될 수도 있다. 따라서, 캐리어 위치 모듈(302)은 이러한 센서로부터 데이터를 수신하여 프로그램 매니저 모듈(312)이 건물(200)의 벽(202)에 연관하여 캐리어(110)의 위치 설정을 적절히 달성하는 것을 돕도록 구성될 수 있다.
또한 스프레이 페인팅의 경우에, 스프레이 모듈(304)은 스프레이 노즐(138)의 밸브 기구(valve mechanism)(154) 및 액체 레벨 센서(liquid level sensor)(150)와 통신하여 배치될 수 있다. 스프레이 모듈(304)은 액체 레벨 센서(150)로부터 데이터를 수신하고 컨테이너(148) 내의 페인트 잔량의 레벨을 결정하고 건물(200)의 벽(202) 상에 스프레이하기 위해 스프레이 노즐(138)의 밸브 기구(154)를 작동시키는 프로그램 매니저 모듈(312)에 이러한 데이터를 전송 및/또는 피드백할 수 있다(the spraying module 304 may be disposed in communication with the liquid level sensor 150 and the valve mechanism 154 of the spray nozzle 138. The spraying module 304 may receive data from the liquid level sensor 150 transmit such data and/or feedback to the program manager module 312 for determining the level of paint remnant in the container 148 and for operating the valve mechanism 154 of the spray nozzle 138 to spray on the wall 202 of the building 200).
또한, 비전 모듈(306)은 시각 모니터링 시스템(128)과 통신하도록 배치될 수 있다. 비전 모듈(306)은 시각 모니터링 시스템(128)으로부터 벽(202)의 감지되는 구조적 특성을 포함하는 데이터를 수신하여 동일 한 것을 프로그램 매니저 모듈(312)에 제공할 수 있다. 이 데이터는 프로그램 매니저 모듈(312)이 선형 액추에이터(140) 각각의 이동을 독립적으로 제어하고 캐리어(110)의 위치를 안정화시키기 위해 건물(200)의 벽(202) 상에 석션 컵(142)을 부착하는 것을 도울 수 있다.
또한, 모션 모듈(motion module)(308)은 로봇 기구(130), 특히 로봇 기구(130)의 엔드 이펙터(136)와 통신하도록 배치될 수 있다. 모션 모듈(308)은 로봇 기구(130)으로부터 피드백을 수신하고 프로그램 매니저 모듈(312)로 이러한 피드백을 전송하여 프로그램 매니저 모듈(312)이 로봇 기구(130)의 엔드 이펙터(136)의 이동을 위한 궤도(trajectory)를 계획할 수 있게 하여 캐리어(110)의 위치를 안정화시킴에 따라 스프레이가 건물(200)의 벽(202) 상에서 스프레이하는 것이 시작(commenced)될 수 있다.
전술한 설명에서 설명되는 모듈(302-312)은 본 개시의 비-제한적인 것으로 알 수 있다. 오히려, 다른 유형의 모듈이 위치 설정 모듈(positioning module)(302), 비전 모듈(306), 스프레이 모듈(304), 모션 모듈(308) 및 GUI 모듈(310)에 추가하거나 또는 대신에(in addition to or in lieu of), 부가적으로 또는 선택적으로, 구현되어, 이하에서 상세히 설명될 시스템(100)의 작동에 관한 설명으로부터 명백한 바와 같이(as will be evident from the explanation pertaining to), 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 한 프로그램 매니저 모듈(312)과 협력(co-operate)할 수 있다.
도 1에 도시되는 시스템(100)에 대한 다른 실시 예에서, 도 4에 도시되는 바와 같이, 시스템(100)은, 부가적으로 또는 선택적으로, 캐리어(110) 아래에 배치될 수 있고 커넥팅 바(1111)를 통해 캐리어(110)에 이동 가능하게 연결되는 스태빌라이저 플랫폼(1102)을 포함한다. 스태빌라이저 플랫폼(164)은 내부에, 드라이브 시스템- 캐리어(110)의 석션 컵(142)과 유사하거나 상이한 적어도 하나의 2차 석션 기구(1106), 및 커넥팅 바(1111)에 이동 가능하게 인게이지됨 -을 포함한다. 드라이브 시스템(1104)은 캐리어(110)에 연관되는 스태빌라이저 플랫폼(1102)를 조작적으로 위치 설정하도록 지시(commanded to operatively position)될 수 있다. 부가적으로, 2차 석션 기구(1106)는 또한 건물(200)의 벽(202)에 부착하도록 지시될 수 있다. 2차 석션 기구(1106)가 건물(200)의 벽(202)에 부착될 때, 2차 석션 기구(1106)는 건물(200)의 벽(202) 으로부터 멀어지거나 내로 스윙(swinging into or away from)으로부터 캐리어(110)에 부가되는 저항(added resistance)을 제공한다.
작동 중에, 캐리어(110)가 예를 들어 건물(200)의 높이(height)(H)를 따라 하향 이동되는 경우, 2차 석션 기구(1106)는 먼저 벽(202)과의 접착으로부터 해제되고(first released from adherence with) 그에 따라(thereafter), 드라이브 시스템(1104)은 건물(200)의 높이(H)를 따라 스태빌라이저 플랫폼(1102)을 작동 가능하게 하향 이동하도록 지시될 수 있다. 일단 스태빌라이저 플랫폼(1102)이 캐리어(110)가 연속적으로 이동될 필요가 있는 위치와 연관되는 미리 결정되는 또는 예상되는 위치(a predetermined or anticipated position in relation to a position)로 이동되면, 석션 기구(1106)는 제2 모터(126)가 캐리어(110)를 그 후속 위치 내로 이동시키도록 지시하기 전에 건물(200)의 벽(202)에 부착하도록 지시될 수 있다. 따라서, 이 실시 예에서, 임의의 주어진 순간의 시간에서(at any given instant of time), 스태빌라이저 플랫폼(1102)과 결합되는 2차 석션 기구(1106) 또는 캐리어(110)로부터의 석션 컵(142) 중 어느 하나는 건물(200)의 벽(202)에 부착(in adherence with)되는 것을 알 수 있다. 커넥팅 바(1111)를 통해 연결되는 스태빌라이저 플랫폼(1102) 및 캐리어(110)는 또한 동일한 케이블 세트(112) 상에 배치되므로, 예를 들어, 그렇지 않으면 캐리어(110)를 변위시킬 수 있는, 바람과 연관되는 바람직하지 않은 힘이 2차 석션 기구(1106) 및/또는 석션 컵(142)의 부착에 의해 완화(mitigated by the adherence)될 수 있고, 이러한 방식으로, 곤돌라 캐리어(110)는 수직 벽(vertical wall)(202)을 따라 "크로잉(crawing)"동안 건물(200)의 벽(202)으로부터 멀리 떨어지거나 내로 스윙으로부터 저항(resisted from swinging into or away from)될 수 있다.
또한, 도 4의 시스템(100)의 도시되는 대안적인 실시 예에 도시되는 바와 같이, 시스템(100)은 캐리어(110) 위에 위치하고 건물(200)의 높이(H)에 대해 수평으로 배치되는(disposed horizontally) 선형 트랙(1108)을 더 포함할 수 있다. 선형 트랙(1108)의 길이(L1)는 선택되어 적어도 캐리어(110)의 폭(width)(W)까지 연장(extend)하도록 구성될 수 있다. 로봇 기구(130)는 선형 트랙(1108) 상에 미끄러질 수 있게 배치될 수 있고, 작동시 로봇 기구(130)는 선형 트랙(1108)의 길이(L1)를 가로지르도록 지시되어(commanded to traverse) 위치적으로 축 방향으로 변위 가능(axially displaceable in position)할 수 있다. 선형 트랙(1108)은 로봇 기구(130)가 선형 트랙(1108)의 길이(L1)를 따라 임의의 원하는 지점에 위치될 수 있게 함으로써 로봇 기구(130)에 보다 넓은 범위의 이동을 제공할 수 있다. 이 방식으로, 스프레이 작동이 프로세스 내이 있을 때, 엔드 이펙터(136)의 도달 범위는 캐리어(110)의 단일 패스에서 벽(202)의 더 큰 표면 영역을 커버하도록 향상(enhanced to cover a greater surface area)될 수 있다. 또한, 엔드 이펙터(136)의 도달 범위가 더 클 수록(with greater reach), 그렇지 않으면(otherwise) 프레임(frame)(106)이 레일(rail)(102)을 따라 이동될 필요가 있는(need to be moved along) 경우의 수(a number of times)는 잠재적으로 최소화되어(potentially minimized) 건물(200)의 벽(202)을 스프레이하기 위해 캐리어(110)를 재-위치 설정(re-positioning)하는 것과 연관되는 전체 사이클 시간(overall cycle time)을 감소(reduce)시킬 수 있다.
도 5 및 6에 묘사되는 다른 대안적인 실시 예를 참조하면, 캐리어(110)는 각각 도 5에 도시되는 바와 같은 시저 리프트 배치(scissor lift arrangement)(1202) 또는 도 6에 도시되는 바와 같은 붐 리프트 배치(boom lift arrangement)(1302)일 수 있다. 시저 또는 붐 리프트 배치(scissor or boom lift arrangements)(1202/1302)는 케이블(cables)(112) 및 2차 모터 배치(secondary motor arrangement)(126) 대신에 사용되어(used in lieu of) 캐리어(110)가 지면(ground surface)(122)과 연관되어 이동되는 높이를 작동 가능하게 변화(operably vary)시킬 수 있다. 사실, 시저 리프트 배치(1202) 및 붐 리프트 배치(1302)는 곤돌라 캐리어(110)가 건물(200)(도 1에 도시됨)의 벽(202)의 스프레이뿐만 아니라 건물(200)의 내부 벽(interior wall)(206)에 스프레이하는 것을 이루도록(accomplishing) 사용되도록 할 수 있다.
본 발명에 따른 시스템(100)은 공중 작업 플랫폼, 승강 작업 플랫폼(elevating work platform) 등과 같은 임의의 공중 장치(aerial device)에 장착(mounting)하기에 조정되는 것은 당업자에게 이해된다.
도 7에 도시되는 바와 같은 본 발명의 또 다른 실시 예에서, 로봇 기구(130)는 로봇 기구(130)가 2 개의 축 방향- 즉, 종 방향 및 측 방향 모두 -으로 움직(be moving in at two axes directions, i.e. both longitudinal and lateral directions)일 수 있게 하는(allowing) 투 웨이 트랙 시스템(two-ways track)(1400) 상에 장착된다. 도시되는 바와 같이, 투 웨이 트랙 시스템(1400)은 종 방향 트랙(longitudinal track)(1404) 상에 미끄러질 수 있게 부착되는 측 방향 트랙(lateral track)(1402)을 포함한다. 로봇 기구(130)는 로봇 기구(130)가 트랙의 길이를 따라 이동하게 하는 측 방향 트랙(1402) 상에 미끄러질 수 있게 장착된다- 반면에 유사하게, 종 방향 트랙(1404) 상에 장착되는 측 방향 트랙(1402)은 로봇 기구(130)가 종 방향 트랙(1404)의 길이를 따라 이동 가능하게 함. 따라서, 투 웨이 트랙 시스템(1400)은 장착되는 (곤돌라를 포함하는) 차량(vehicle) 상의 로봇 기구(130)의 이동성을 확장한다(extends the movability).
다른 실시 예에서, 투 웨이 트랙 시스템(1400)은 두 개의 측 방향 트랙 사이에 배치되는 종 방향 트랙을 가지는 H 모양 트랙(H shape track)으로서 조정될 수 있다. 투 웨이 트랙 시스템(1400)은 곤돌라, 붐 리프트, 시저 리프트 등과 같은, 임의의 차량 상에 장착될 수 있다.
본 발명의 실시 예가 제공하는 다양한 구성에 의해, 적합한 차량 상에 장착될 때 내벽뿐만 아니라 외벽(external wall as well as internal wall)에 대해 스프레이 시스템이 사용될 수 있음은 당업자에게 잘 이해된다. 노즐 헤드를 검사 수단(instpection means)으로 교체함으로써, 본 시스템은 벽 검사를 자동화하는 데에 사용될 수도 있다.
본 명세서에 개시되는 다양한 실시 예들은 예시적이고 설명적인 의미로 취해져야 하며, 결코 본 개시를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 모든 방향 참조- 예를 들어, 상단, 하단, 위, 아래, 하위(top, bottom, above, below, lower))는 본 공개에 대한 독자의 이해를 돕기 위해 식별 목적으로 만 사용되며, 특히 시스템의 위치, 방향 또는 사용 및/또는 본원에 개시되는 방법에 대한 제한을 생성하지 않을 수 있다. 또한, 모든 결합 참조(joinder references)- 예를 들어, 첨부되는, 붙어지는, 결합되는, 부착되는, 연관되는, 연결되는(attached, affixed, joined, adhere, associated, connected) 등 -는 개시되는 본 개시에 대한 독자의 이해를 돕기 위해서만 사용되며, 특히 시스템의 위치, 방향, 또는 사용 및/또는 본원에 개시되는 방법에 대한, 제한을 생성하지 않을 수 있다. 따라서, 결합 참조가, 있는 경우, 광범위하게 해석되어야 한다. 또한, 이러한 결합 참조는 2 개의 요소가 서로 직접 연결되어 있다(directly connected)고 반드시 추론하지는 않는다.
부가적으로, 한정되는 것은 아니지만, "1 차", "2차", "제1", "제2", "제3" 또는 기타 일반 및/또는 숫자 용어와 같은, 모든 숫자 용어는, 본 개시의 다양한 요소, 실시 예, 변형 및/또는 수정의 독자의 이해를 돕기 위해 식별자로서만 취해져야 될 수도 있고, 특히 연관되는 임의의 요소, 실시 예, 변형 및/또는 수정- 또는 그 이상으로, 다른 요소, 실시 예, 변형 및/또는 수정 -의 순서 또는 선호도에 대해 어떠한 제한도 생성하지 않을 수도 있다(all numerical terms, such as, but not limited to, “primary”, “secondary”, “first”, “second”, “third” or any other ordinary and/or numerical terms, should also be taken only as identifiers, to assist the reader’s understanding of the various elements, embodiments, variations and/ or modifications of the present disclosure, and may not create any limitations, particularly as to the order, or preference, of any element, embodiment, variation and/or modification relative to, or over, another element, embodiment, variation and/or modification).
일 실시 예에 도시되거나 설명되는 개별적인 특징은 다른 실시 예에 대해 도시되거나 기술되는 개별적인 특징과 결합될 수 있음을 이해해야 한다. 전술한 구현 예는 본 발명의 범위를 임의의 방식으로 제한하지 않는다. 따라서, 일부 특징이 기능 구성 요소의 맥락에서 본 개시 물의 사용을 설명하기 위해 도시되거나 기술되었지만, 이러한 특징은 첨부되는 청구 범위에서 정의되는 바와 같은 본 개시의 사상을 벗어나지 않고 본 개시의 범위로부터 생략될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
본 개시의 실시 예는 건물(200)의 페인팅 및 크리닝 벽(202) 내 사용 및 구현에 적용 가능하다. 본 발명의 시스템(100)이 로봇 기구(130)로 제공되므로, 로봇 기구(130)는 건물(200)의 벽(202)에 요구되는 작동을 수행하는 능력을 이용하여 바람직하게 자동화될 수 있다- 인간 상호 작용이 없거나 최소화함. 또한, 본원에 개시되는 실시 예를 사용하면, 종래의 설계와 비교하여 본 발명의 캐리어(110)를 쉽고 신속하게 왕복(easy and quick to shuttle)시킬 수 있다.
따라서, 건물의 벽을 스프레이 페인팅 또는 크리닝하는 본원에 개시되는 시스템(100)의 사용은 통상적으로 설계되는 캐리어 또는 차량 내에 배치되는 개인에 의한 벽의 수동 페인팅 및 크리닝으로 통상적으로 발생하는 시간, 비용, 노동력 및 노력을 바람직하게 절약할 수 있다.
본 개시의 양상들이 상기 실시 예들을 참조하여 특히 도시되고 기술되었지만, 당업자는 개시되는 내용의 사상과 범위를 벗어나지 않고 개시되는 기계, 시스템 및 방법의 수정에 의해 다양한 추가 실시 예들이 고려될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 이러한 실시 예들은 청구 범위 및 임의의 그 균등물에 기초하여 결정되는 본 개시의 범위 내에 있는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (12)

  1. 건물의 벽을 스프레이하기 위한 자동화 시스템에 있어서, 상기 시스템은,
    다수의 선형 액추에이터들을 포함하는 캐리어로서, 각각의 액추에이터는 상기 벽에 반대되게 배치된 석션 컵을 갖는, 상기 캐리어;
    상기 캐리어에 장착된 로봇 기구로서, 상기 로봇 기구는 엔드 이펙터 상에서 스프레이 노즐을 지지하도록 된 상기 엔드 이펙터를 더 갖는, 상기 로봇 기구;
    상기 벽의 구조적 특성들 및 프로파일들을 스캔하도록 구성된 시각 모니터링 시스템;
    상기 시각 모니터링 시스템 및 상기 로봇 기구와 통신하며 배치된 컴퓨팅 장치로서, 상기 컴퓨팅 장치는 상기 시각 모니터링 시스템으로부터 상기 벽의 스캔된 구조적 특성들 및 프로파일들을 수신하도록 구성된, 상기 컴퓨팅 장치;
    상기 컴퓨팅 장치에 통신 가능하게 결합된 컨트롤러로서, 상기 컨트롤러는 상기 벽의 스캔된 구조적 특성들 및 프로파일들에 따라 상기 스프레이 노즐 및 상기 로봇 기구의 각각의 작동을 독립적으로 제어하도록 구성된, 상기 컨트롤러;
    상기 캐리어 아래에 배치되고 커넥팅 바를 통해 상기 캐리어에 이동 가능하게 연결되는 스태빌라이저 플랫폼, 및 상기 커넥팅 바를 따라 상기 캐리어에 대해 상기 스태빌라이저 플랫폼을 작동 가능하게 위치시키도록 된 드라이브 시스템; 및
    상기 스태빌라이저 플랫폼 상에 설치된 2차 석션 기구로서, 상기 2차 석션 기구는 상기 건물의 벽에 부착되기 위해 별도로 제어되는, 상기 2차 석션 기구
    를 포함하고,
    작동적으로 상기 스태빌라이저 플랫폼이 상기 캐리어에 대해 이동할 때, 석션 컵들 또는 상기 2차 석션 기구 중 적어도 어느 하나는 상기 건물의 벽에 부착되어 상기 벽에 대해 상기 시스템을 안정화하는 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐리어는 건물에 장착된 곤돌라를 포함하고, 상기 곤돌라는, 각각의 선형 액추에이터의 자유 단부에 위치되고 상기 건물의 벽에 반대되게 배치된 적어도 하나의 석션 컵을 포함하고, 상기 석션 컵은 곤돌라 캐리어를 위치시키기 위해 상기 건물의 벽과 선택적으로 부착되도록 구성된 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐리어 상에 위치되고 상기 건물의 높이에 대해 수평으로 배치된 선형 트랙을 더 포함하고, 상기 로봇 기구는 상기 선형 트랙에 미끄러질 수 있게 장착된 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐리어 상에 배치되는 투 웨이 트랙을 더 포함하고, 상기 로봇 기구는 상기 투 웨이 트랙에 미끄러질 수 있게 장착되고, 상기 투 웨이 트랙은 적어도 2 개의 축 이동부들을 포함하고, 상기 적어도 2개의 축 이동부들은 상기 로봇 기구가 상기 2개의 축 이동부들 위에서 미끄러지게 하는 시스템.
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